Ni-K SiO2催化剂逆水煤气变换反应性能研究

背景介绍随着化石燃料的过度使用，CO2的大量排放导致全球环境变暖与海洋酸化等严峻的环境问题，给地球的生态带来了巨大的挑战。CO2捕获、利用和储存（CCUS）作为减少温室气体排放的有效途径已经引起广泛关注。逆水煤气变换反应

(RWGS)

能够将CO2加氢转化为更有价值的CO，被认为是最有大规模应用前景的CO2转化途径之一。因此对于研制高选择性的热稳定RWGS反应催化剂具有重要意义。文章亮点1.通过浸渍法制备了不同K含量的5%Ni-K/SiO2催化剂；2.研究证明，在RWGS反应中，高分散的Ni并非抑制甲烷化反应的唯一途径，添加K助剂的大颗粒的Ni也能够有效抑制甲烷生成；3.K助剂对Ni/SiO2催化剂RWGS选择性的促进作用能够为日后研制高选择性的RWGS催化剂提供一定的理论指导。内容介绍1实验方法1.1

主要仪器与试剂1.2

催化剂制备1.3

催化剂表征1.3.1

X-射线衍射（XRD）1.3.2

透射电子显微镜（TEM）催化剂的表面的形貌以及催化剂的颗粒大小使用透射电子显微镜进行表征，测试电压为200kV。1.3.3

程序升温还原（H2-TPR）催化剂的程序升温还原测试在T全自动化学吸附仪上进行。1.3.4

CO2程序升温脱附（CO-TPD）催化剂的CO2程序升温脱附测试在TP-5080型全自动化学吸附仪上进行。1.3.5

CO程序升温脱附（CO-TPD）催化剂的CO程序升温脱附测试在TP-5080型全自动化学吸附仪上进行。1.4

催化剂性能测试在常压下，在连续流动的固定床反应器中进行了RWGS反应。测试所使用的催化剂用量为10mg。2结果与讨论2.1

催化剂表征2.1.1

X-射线衍射图1是不同K含量的催化剂的XRD谱图。2.1.2

透射电子显微镜为了进一步研究K助剂对催化剂形貌以及粒径大小的影响，对5%Ni/SiO2、5%Ni-1%K/SiO2、5%Ni-3%K/SiO2和5%Ni-5%K/SiO2催化剂进行了TEM测试。图2、3分别为测试催化剂的电镜照片与NiO粒径分布图。2.1.3

程序升温还原为了探究添加K助剂后催化剂的金属-载体相互作用，采用H2-TPR对催化剂进行了表征。如图4所示，在未添加K的5%Ni/SiO2催化剂中在410℃与645℃为中心各有一个还原峰。2.1.4

CO2程序升温脱附图5为不同K含量的5%Ni-K/SiO2催化剂CO2-TPD谱图。由图5可以看出，不同K助剂含量的催化剂对于CO2的脱附峰有着明显的差异。当K含量从0增加到3wt%时，加CO2脱附峰逐渐增强。2.1.5

CO程序升温脱附CO作为RWGS反应中的产物，催化剂对其吸附能力的强弱将对催化剂的选择性起着至关重要的影响。对不同K含量的催化剂进行了CO程序升温脱附测试，结果如图6所示。2.2

催化剂性能测试对不同K含量催化剂在600℃进行了性能测试。图7中显示的是不同K含量的催化剂的CO2转化率随时间变化的曲线。3结论本文通过浸渍法制备了不同K含量的5%Ni-K/SiO2催化剂，研究结果表明在5%Ni/SiO2催化剂中添加K助剂能够增强金属与载体的相互作用，并能够提高催化剂对CO2的吸附能力，提升催化剂的转化率与稳定性。K助剂能减弱催化剂对CO的吸附强度进而抑制生成的CO进一步氢化为CH4，从而提高了催化剂的选择性。其中K含量为3%的催化剂有着最好的催化剂性能，在600℃性能测试中几乎不产生CH4，并且能够在600000mL/gcat·h高空速下保持良好的热稳定性。此外，研究结果也表明，在RWGS反应中，高分散的Ni并非抑制甲烷化反应的唯一途径，